波动光学总结PPT参考幻灯片

（一）、简谐振动,（二）、简谐振动特征参量,1、表征振动能量的特征参量：,振幅A,2、表征振动周期性的特征参量：,1）角频率,2）周期T,3)频率,3、相位,一：振动与波,1,（三）振动曲线,X轴右移,（四）简谐振动的图示法-旋转矢量法,矢量图,振动方程,例：,三要素,矢量号！,2,1、同一简谐振动在不同时刻的相位差,（五）相位差,2两个同频率的简谐振动在同一时刻的相位差,同相,反相,超前、落后,3、相位差也可以用来比较不同物理量变化的步调,位移,速度,加速度,超前,超前,（六）简谐振动的能量,能量守恒！,3,（七）简谐运动的合成,1、同一直线上两个同频率的简谐振动的合成,2、同一直线上的n个同频率的简谐运动的合成,次极大,极小,3、同方向不同频率的两个简谐振动的合成,和频,差频,拍,4,二、波动,波动：,一定的扰动的传播,机械波的产生条件:,有可供传播的弹性媒质,有波源,波动分类：,横波和纵波,简谐波：,波源作简谐振动,在波传到的区域,媒质中的质元均作简谐振动（平面简谐波和球面简谐波）,描述波的参量：,波长；周期；波速；波面；波前,平面简谐波,右行波：,左行波：,（一）、简谐波的描述,5,沿x轴正向传播的波函数的多种表达形式：,选定参考点,确定参考点的振动方程,写出t时刻后某点的振动方程,6,注意：,振动曲线和波动曲线的区别,物体的弹性形变：,线变；,切变；,体变,1平面波波动方程：,波速取决于：媒质的性质（弹性和惯性)；波的类型(横波、纵波)。,（二）机械波物理机制:,7,机械波的能量等于振动动能加形变势能。,2机械波的能量:,波的能量的讨论：,1）任一时刻动能势能都相等。,2）动能势能同相变化。,通过平衡位置时：动能最大：相对形变最大，势能最大。,到达最大位移处：动能为零；相对形变为零，势能为零。,质元的振动方程形式是简谐振动的形式，但是能量不守恒！,8,能量密度,平均能流：,平均能流密度（波的强度）：单位时间内通过垂直于波线单位面积的平均能量。,平均能量密度：,单位时间内通过的平均能量。,能流P：单位时间内通过某一面积的能量。,（三）机械波的反射和折射,惠更斯原理,9,（四）、驻波,条件：振幅、频率、传播速度都相同，在同一直线上沿相反方向传播。.,没有振动状态或相位的传播，也没有能量的传播,2、半波损失,10,取负值代入,公式归一：,其中：波源静止,观察者静止,二者相互靠近,二者相互远离,取正值代入,（五）、多普勒效应,11,波动光学,光的衍射,光的干涉,光的偏振,12,一、光的干涉,1、相干条件：振动方向相同；频率相同；相差恒定,2、获得相干光的基本原理：,3、获得相干光的方法：,分波阵面法：,分振幅法：,杨氏双缝干涉,薄膜干涉,等厚干涉,等倾干涉,13,加强,减弱,(k=012),加强和减弱的条件:,相位:,加强,减弱,(k=012),光程差:,光程=nr,光程差：,相位差和光程差的关系：,4、研究方法,实质：波动的叠加原理,14,干涉的一般研究方法：,1）找出相干光；,2）计算相干光的光程差；,注意：半波损失问题！,3）明暗纹条件；,4）分析条纹特点,15,（一）双缝干涉,单色光入射,一系列平行的明暗相间的直条纹：条纹等间距,(2)中间级次低：两侧对称分布着级次较高的条纹,条纹分布特点：,16,(3)相邻条纹间距：,17,a.劈尖（劈形膜）,（二）.薄膜干涉,条纹分布特点：,(1)条纹等间距分布,相邻条纹间距,劈棱处具体情况具体分析,(3)劈棱处干涉级次低，随膜厚度的增加干涉级次逐渐升高,等厚干涉,18,b.牛顿环,条纹分布特点：,（二）.薄膜干涉,(2)牛顿环中心明暗，具体情况具体分析。,同心圆环：内疏外密；中心级次最低,(1)同心圆环：内疏外密,中心级次最高,（2）中心处：,膜厚每增加,就冒出一个亮斑。,等倾干涉,19,二、光的衍涉,光的衍射：光在传播过程中遇到障碍物能绕过障碍物传播的现象。,惠-菲原理：波阵面上各点都可看成发射子波的波源，衍射时波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定,分类：,20,（一）.夫琅禾费衍射：半波带法,条纹分布特点：,除中央条纹外，衍射条纹平行等距，其它各级条纹宽为中央明纹宽的一半；中央明纹光强最大，其它明纹光强迅速下降；,暗纹条件,明纹条件,中央明纹,21,（二）.光栅衍射,sin,I,单缝衍射,多缝干涉,（2)各主极大受到单缝衍射的调制,(3)缺级现象：,光栅方程,(1)多缝干涉：,1、单色光光栅衍射,条纹特点：,对N缝光栅两主极大间：有（N-1)个暗纹；(N-2)个次极大。,暗纹条件,22,入射光为白光时，不同，不同，按波长分开形成光谱.,2、光栅光谱：,光栅的色分辨本领,23,布拉格公式,1）已知、可测dX射线晶体结构分析。,2）已知、d可测X射线光谱分析。,3、X射线衍射,24,(一)、自然光获得偏振光,(二)、马吕斯定律,(三)、布儒斯特定律,三光的偏振,25,注意：,1）当入射角为布儒斯特角时：反射光：振动方向垂直入射面的线偏振光，折射光：振动方向平行于入射面的成分占优势的部分偏振光。,2）布儒斯特角与全反射角的区别：两者条件不同：全反射时对n1、n2有要求；而布儒斯特角无此要求；入射角大于全反射角时都会发生全反射，但只有入射角为布儒斯特角时反射光才是完全线偏振光。,26,四、双折射现象,1、基本概念：,1）双折射,2）寻常光和非寻常光,(o光振动垂直o光主平面),(e光振动在e光主平面内),3）光轴,注意：是以特殊的方向,4）正晶体、负晶体,正晶体,光轴,(平行光轴截面),负晶体,光轴,(平行光轴截面),2、惠更斯原理作图法解释双折射现象,27,B,练习,一.选择题,2.若一平面简谐波的波动方程为,式中A,B,C为正值恒量，则,(A)波速为C.(B)周期为1/B.(C)波长为2/C.(D)圆频率为2/B.,解：,C,28,3.横波以速度u沿x轴负方向传播，t时刻波形曲线如图，则该时刻,(A)A点振动速度大于零。(B)B点静止不动。(C)C点向下运动。(D)D点振动速度小于零。,D,29,4.一平面简谐波，沿x轴负方向传播，圆频率为，波速为u。设t=T/4时刻的波形如图所示，则该波的表达式为,t=0,解：,x=0处，t=0时的位移为-A,初相位为。,画出t=0时刻的波形。,D,30,5.在双缝干涉实验中，两条缝的宽度原来是相等的若其中一缝的宽度略变窄(缝中心位置不变)，则干涉条纹的间距变宽(B)干涉条纹的间距变窄(C)干涉条纹的间距不变，但原极小处的强度不为零(D)不再发生干涉现象,C,6.某元素的特征光谱中含有波长分别为l1450nm和l2750nm(1nm10-9m)的光谱线在光栅光谱中，这两种波长的谱线有重叠现象，重叠处l2的谱线的级数将是(A)2，3，4，5(B)2，5，8，11(C)2，4，6，8(D)3，6，9，12,D,31,7.一束波长为l的单色光由空气垂直入射到折射率为n的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为(A)l/4(B)l/(4n)(C)l/2(D)l/(2n),B,8.在单缝夫琅禾费衍射实验中波长为l的单色光垂直入射到单缝上对应于衍射角为30的方向上，若单缝处波面可分成3个半波带，则缝宽度a等于(A)l(B)1.5l(C)2l(D)3l,D,32,10.在如图所示的单缝的夫琅禾费衍射实验中，将单缝沿垂直于光的入射方向(沿图中的x方向)稍微平移，则(A)衍射条纹移动，条纹宽度不变.(B)衍射条纹移动，条纹宽度变动.(C)衍射条纹中心不动，条纹变宽.(D)衍射条纹不动，条纹宽度不变.(E)衍射条纹中心不动，条纹变窄,D,9.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过当其中一偏振片慢慢转动180时透射光强度发生的变化为(A)光强单调增加(B)光强先增加，后又减小至零(C)光强先增加，后减小，再增加(D)光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零,B,33,1.在同一媒质中两列频率相同的平面简谐波的强度之比I1/I2=16，则这两列波的振幅之比是A1/A2=_,2.一点波源发出均匀球面波，发射功率为4W不计媒质对波的吸收，则距离波源为2m处的强度。,4,0.310m,二.填空题,34,4.一汽笛发出频率为700Hz的声音，并且以15m/s的速度接近悬崖由正前方的悬崖反射回来的声波波长是（已知空气中声速为330m/s）_,0.45m,6.在双缝干涉实验中，若使两缝之间的距离增大，则屏幕上干涉条纹间距_；若使单色光波长减小，则干涉条纹间距_,5.在双缝干涉实验中，所用单色光波长为l562.5nm(1nm10-9m)，双缝与观察屏的距离D1.2m，若测得屏上相邻明条纹间距为Dx1.5mm，则双缝的间距d_,0.45mm,变小,变小,35,7.如图所示，在双缝干涉实验中SS1SS2，用波长为l的光照射双缝S1和S2，通过空气后在屏幕E上形成干涉条纹已知P点处为第三级明条纹，则S1和S2到P点的光程差为_若将整个装置放于某种透明液体中，P点为第四级明条纹，则该液体的折射率n_,3l,1.33,8.在单缝的夫琅禾费衍射实验中，屏上第三级暗纹对应于单缝处波面可划分为_个半波带，若将缝宽缩小一半，原来第三级暗纹处将是_纹,6,第一级明,36,10.衍射光栅主极大公式(ab)sinkl，k0,1,2在k2的方向上第一条缝与第六条缝对应点发出的两条衍射光的光程差d_,9.一束单色光垂直入射在光栅上，衍射光谱中共出现5条明纹若已知此光栅缝宽度与不透明部分宽度相等，那么在中央明纹一侧的两条明纹分别是第_级和第_级谱线,一,三,10l,11.使光强为I0的自然光依次垂直通过三块偏振片P1，P2和P3P1与P2的偏振化方向成45角，P2与P3的偏振化方向成45角则透过三块偏振片的光强I为_,I0/8,37,12.一波长为的平面简谐波，已知A点的振动方程为y=Acos(t+)，试求在图中四种坐标选择情况下此简谐波的表达式。,解：,（1）,（2）,（3）,（4）,38,三.计算题,39,3.如图，一角频率为w，振幅为A的平面简谐波沿x轴正方向传播，设在t=0时该波在原点O处引起的振动使媒质元由平衡位置向y轴的负方向运动M是垂直于x轴的波密媒质反射面已知OO=7l/4，PO=l/4（l为该波波长）；设反射波不衰减，求：(1)入射波与反射波的表达式;(2)P点的振动方程,4.一平面简谐波沿x轴正向传播，波的振幅A=10cm，波的角频率w=7prad/s.当t=1.0s时，x=10cm处的a质点正通过其平衡位置向y轴负方向运动，而x=20cm处的b质点正通过y=5.0cm点向y轴正方向运动设该波波长l10cm，求该平面波的表达式,40,5.,一简谐波，振动周期，波长l=10m，振幅A=0.1m当t=0时，波源振动的位移恰好为正方向的最大值若坐标原点和波源重合，且波沿Ox轴正方向传播，求：(1)此波的表达式；(2)t1=T/4时刻，x1=l/4处质点的位移；(3)t2=T/2时刻，x1=l/4处质点的振动速度,6.一束具有两种波长l1和l2的平行光垂直照射到一衍射光栅上，测得波长l1的第三级主极大衍射角和l2的第四级主极大衍射角均为30已知l1=560nm(1nm=10-9m)，试求:(1)光栅常数ab(2)波长l2,41,7.用一束具有两种波长的平行光垂直入射在光栅上，l1=600nm，l2=400nm(1n